高頻電子線路實(shí)驗(yàn)振幅調(diào)制

太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院高頻電子線路課程試驗(yàn)匯報(bào)專業(yè)班級(jí)信息13-1學(xué)號(hào)10姓名0指導(dǎo)教師孫穎……裝………訂…………線………試驗(yàn)名稱振幅調(diào)制專業(yè)班級(jí)信息13-1學(xué)號(hào)1010姓名……裝………訂…………線……… 試驗(yàn)五振幅調(diào)制（集成乘法器幅度調(diào)制電路） 5-1振蕩調(diào)制的基本工作原理根據(jù)電磁波理論懂得，只有頻率較高的振蕩才能被天線有效地輻射。不過(guò)人的發(fā)言聲音量變換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的頻率較低，不合用于直接從天線上輻射，因此，為了傳遞信息，就必須將要傳遞的信息“記載”到高頻振蕩上去。這一“記載”過(guò)程稱為調(diào)制，調(diào)制后的高頻振蕩稱為已調(diào)波，未調(diào)制的高頻振蕩稱為載波。需要“記載”的信息稱為調(diào)制信號(hào)。調(diào)制過(guò)程是用被傳遞的低頻信號(hào)，使高頻輸出信號(hào)的參數(shù)（幅度，頻率，相位）對(duì)應(yīng)于低頻信號(hào)變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)搬移到高頻信號(hào)段，被高頻信號(hào)攜帶傳播的目的，完畢調(diào)制過(guò)程的裝置叫調(diào)制器。調(diào)制器和解調(diào)器必須由非線性元件構(gòu)成，他們可以是二極管或者三極管。近年來(lái)集成電路在模擬通信中得到廣泛的應(yīng)用，調(diào)制器，解調(diào)器都可以用模擬乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一．振幅調(diào)制和調(diào)幅波振幅調(diào)制就是用低頻調(diào)制信息去控制高頻載波信號(hào)的振幅，使載波的信號(hào)的振幅，使載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)成正比地變化。通過(guò)振幅調(diào)制的高頻載波稱為振幅調(diào)制波（簡(jiǎn)稱調(diào)幅波）。調(diào)幅波有一般調(diào)幅波（AM，）克制載波的雙邊帶調(diào)幅波（DSB）和克制載波的單邊帶調(diào)幅波（SSB）三種。1一般調(diào)幅波（AM）（1）調(diào)幅波的體現(xiàn)式，波形設(shè)調(diào)制信號(hào)為單一頻率的余弦波：載波信號(hào)為為了簡(jiǎn)化分析，設(shè)兩者波形的初相角均為零，由于調(diào)幅波的振幅和調(diào)制信號(hào)成正比，由此可得調(diào)幅波的振幅為式中，其中，ma稱為調(diào)幅指數(shù)或調(diào)幅度，它表達(dá)載波振幅受調(diào)制信號(hào)控制程度，ka為由調(diào)制電路決定的比例常數(shù)。由于實(shí)現(xiàn)調(diào)幅調(diào)制后載波頻率保持不變，因此已調(diào)波的表達(dá)式為可見(jiàn)，調(diào)幅波也是一種高頻振蕩，而它的振幅變化規(guī)律（即包絡(luò)變化）是與調(diào)制信號(hào)完全一致的，因此調(diào)幅波攜帶著原調(diào)制信號(hào)的信息。由于調(diào)幅指數(shù)ma與調(diào)制電壓的振幅成正比,即U?m越大，越大，調(diào)幅波幅度變化越大，ma不不小于或等于1.假如ma》1，調(diào)幅波產(chǎn)生失真，這種狀況稱為過(guò)調(diào)幅，在實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)防止產(chǎn)生過(guò)調(diào)幅。調(diào)幅波的波形如圖5-1所示。（2）調(diào)幅波的頻譜由式（5-4）展開(kāi)得可見(jiàn)，用單音頻信號(hào)調(diào)制后的已調(diào)波，由三個(gè)高頻分量構(gòu)成，除角頻率為Wc的載波以外，尚有（Wc+?）和（Wc-?）兩個(gè)新角頻率分量。其中一種比Wc高，稱為上邊頻分量；一種比Wc低，稱為下變頻分量。載波頻率分量的振幅仍為Ucm,而兩個(gè)下邊頻的分量的振幅均為。由于ma的最大值只能等于1，因此邊頻振幅的最大值不能超過(guò)，將這三個(gè)頻率分量用圖畫(huà)出，便可的到圖5-2所示的頻譜圖。在這個(gè)圖上，調(diào)幅波的每一種正弦分量一種線段表達(dá)，線段的長(zhǎng)度代表其幅度，線段在橫軸上的位置代表其頻率。以上分析表明，調(diào)幅的過(guò)程就是在頻譜上將低頻調(diào)制信號(hào)搬移到高頻載波分量?jī)蓚?cè)的過(guò)程。顯然，在調(diào)幅波中，載波并不具有任何有用的信息，要傳送的信息只包括于邊頻分量中。邊頻的振幅反應(yīng)了調(diào)制信號(hào)幅度的大小，邊頻的頻譜雖屬于高頻范圍，但反應(yīng)了調(diào)制信號(hào)頻率的高下。有圖5-2可見(jiàn)，在單頻調(diào)制時(shí)，其調(diào)幅波的頻帶寬度為調(diào)制信號(hào)頻譜的兩倍，即B=2F。實(shí)際上調(diào)制信號(hào)不是單一頻率的正弦波，而是包括若干頻率分量的復(fù)雜波形（例如實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)就很復(fù)雜），在多頻調(diào)制時(shí)，如由若干個(gè)不一樣頻率?1，?2，........，?k的信號(hào)所調(diào)制，其調(diào)幅波方程為相乘展開(kāi)后得到對(duì)應(yīng)的，其調(diào)幅波具有一種載波分量及一系列的高下邊頻分量（Wc+?1）,(Wc+?2)，......(Wc+?k)等等。多頻調(diào)制調(diào)幅波的頻譜圖如圖5-3所示。由此可以看出，一種調(diào)幅波實(shí)際上是占有某一種頻率范圍，這個(gè)范圍稱為頻帶?？偟念l帶寬帶度為最高頻率的兩倍，即B=2Fmax,這個(gè)結(jié)論很重要。由于在接受和發(fā)送調(diào)幅波的通信設(shè)置中，因此選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)不僅能通過(guò)載頻，并且還要能通過(guò)邊頻成分。假如選頻網(wǎng)絡(luò)的通頻帶太窄，將導(dǎo)致調(diào)幅波的失真。調(diào)制后調(diào)制信號(hào)的頻譜被線性地搬移到載頻的兩邊，成為調(diào)幅波上，下邊帶。因此，調(diào)幅的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一種頻譜搬移的過(guò)程。2.克制載波雙邊帶調(diào)幅（DSB）由于載波不攜帶信息，因此，為了節(jié)省發(fā)射功率，可以只發(fā)射具有信息的上，下兩個(gè)邊帶，而不發(fā)射載波，這種調(diào)制方式稱為克制載波的雙邊帶調(diào)幅，簡(jiǎn)稱為雙邊帶調(diào)幅，用DSB表達(dá)?？蓪⒄{(diào)制信號(hào)u?和載波信號(hào)uc。直接加到乘法器或者平衡調(diào)幅器電路得到。雙邊帶調(diào)幅信號(hào)寫(xiě)為由以上討論可以看出DSB調(diào)制信號(hào)有如下特點(diǎn)：（1）DSB信號(hào)的幅值扔隨調(diào)制信號(hào)而變化，但與一般調(diào)幅波不一樣，DSB的包絡(luò)不再反應(yīng)調(diào)制信號(hào)的形狀，仍保持調(diào)幅波頻譜搬移的特性。（2）在調(diào)制信號(hào)的正負(fù)半周，載波相位相反，即高頻振蕩的相位在f(t)=0瞬間又180的突變。（3）對(duì)DSB調(diào)制，信號(hào)仍集中在載波wc附近，所占頻帶為Bdsb=2Fmax由于DSB調(diào)制克制了載波，輸出功率是有用信號(hào)，它比一般的調(diào)幅經(jīng)濟(jì)，但在頻帶運(yùn)用頻率沒(méi)有什么改善，為深入節(jié)省發(fā)送功率，減小頻帶寬度，提高頻帶運(yùn)用率，下面簡(jiǎn)介單邊帶傳播方式。3.克制載波單邊帶調(diào)幅（SSB）J深入觀測(cè)雙邊帶調(diào)幅波的頻譜構(gòu)造發(fā)現(xiàn)，上邊帶和下邊帶都反應(yīng)了調(diào)制信號(hào)的頻譜構(gòu)造，因而他們都具有調(diào)制信號(hào)的所有信息。從傳播信息的觀點(diǎn)看，可以深入吧其中的一種邊帶克制掉，只保留一種邊帶上邊帶或下邊帶）。無(wú)疑這不僅可以深入節(jié)省反射功率，并且頻帶的寬度也縮小了二分之一，這對(duì)于波導(dǎo)非常擁擠的短波通信是很有利的。這種既克制載波又只傳送一種邊帶的調(diào)制方式，稱為單邊帶調(diào)幅，用SSB表達(dá)。獲得單邊帶信號(hào)常用的措施有濾波法和移相法，現(xiàn)簡(jiǎn)述采用濾波法實(shí)現(xiàn)SSB信號(hào)。調(diào)制信號(hào)u?和uc經(jīng)乘法器（或平衡振幅器）獲得克制載波的DSB信號(hào)，再通過(guò)帶通濾波器濾除DSB信號(hào)中的一種邊帶（上邊帶或下邊帶),便可獲得SSB信號(hào)。當(dāng)邊帶濾波器的通帶位于載頻以上時(shí)，提取上邊帶，否則提取下邊帶。由此可見(jiàn)，濾波法的關(guān)鍵是高頻帶通濾波器，它必須具有這樣的特性：對(duì)于規(guī)定濾除的邊帶信號(hào)應(yīng)具有很強(qiáng)的克制能力，而對(duì)于規(guī)定保留的邊帶信號(hào)應(yīng)使其不失真地通過(guò)。這就規(guī)定濾波器在載頻處具有非常陡峭的濾波特性。用這種措施實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)幅的數(shù)字模型如圖5—6所示。由式（5-8）可知，雙邊帶信號(hào)為從上兩式看出，SSB信號(hào)的振幅與調(diào)制信號(hào)振幅U?m成正比。它的頻率隨調(diào)制信號(hào)的頻率不一樣而不一樣。表5-1列出了在單音信號(hào)調(diào)制下三種已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形圖及頻譜示意圖，以及多音信號(hào)調(diào)制下三種已調(diào)信號(hào)的頻譜示意圖。二、一般調(diào)幅波的產(chǎn)生電路在無(wú)線電發(fā)射機(jī)中，振幅調(diào)制的措施按功率電平的高下分為高電平調(diào)制電路和低電平調(diào)制電路兩大類。前者是在發(fā)射機(jī)的最終一級(jí)直接產(chǎn)生到達(dá)輸出功率規(guī)定的已調(diào)波，后者多在發(fā)射機(jī)的前級(jí)產(chǎn)生小功率的已調(diào)波，再通過(guò)線性功率放大器放大，到達(dá)所需的發(fā)射功率電平。一般調(diào)幅波的產(chǎn)生多用高電平調(diào)制電路。它的長(zhǎng)處是不需要采用效率低的線性放大器，有助于提高整機(jī)效率，電路簡(jiǎn)樸。由于它輸出功率小，常用在雙邊帶調(diào)制和低電平輸出系統(tǒng)。低電平調(diào)幅可采用集成高頻放大器產(chǎn)生調(diào)幅波，也可運(yùn)用模擬乘法器產(chǎn)生調(diào)幅波。下面簡(jiǎn)介一種高電平調(diào)幅電路。高電平調(diào)幅電路是以調(diào)諧功率放大器為基礎(chǔ)構(gòu)成的，實(shí)際上它是一種輸出電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制的調(diào)諧功率放大器，根據(jù)調(diào)制信號(hào)注入調(diào)幅器方式的不一樣，分為基極調(diào)幅、發(fā)射級(jí)調(diào)幅和集電極調(diào)幅三種。基極調(diào)幅電路如圖5-7所示。由圖可見(jiàn)，高頻載波信號(hào)uw通過(guò)高頻變壓器T1加到晶體管基極回路，低頻調(diào)制信號(hào)u?通過(guò)低頻變壓器T2加到晶體管基極回路，Cb為高頻旁路電容，用來(lái)為載波信號(hào)提供通路。在調(diào)制過(guò)程中，調(diào)制信號(hào)u?相稱于一種緩慢變化的偏壓（由于反偏壓Eb=0,否則綜合偏壓應(yīng)是Eb+u?),使放大器的集電極脈沖電流的最大值Icmax和θ增大；在u?往反向減小時(shí)，Icm和θ減少，故輸出電壓幅值恰好反應(yīng)調(diào)制信號(hào)波形。晶體管的集電極電流Ic波形和調(diào)諧回路輸出的電壓波形，如圖5-8所示，將集電極諧振回路調(diào)諧在載頻fc上，那么放大器的輸出端便獲得調(diào)幅波。三、克制載波調(diào)幅的產(chǎn)生電路產(chǎn)生克制載波調(diào)幅波的電路采用平衡、抵消的措施把載波克制掉，故這種電路叫克制載波調(diào)幅電路或叫平衡調(diào)幅電路。實(shí)現(xiàn)這種調(diào)幅的電路諸多，目前廣泛應(yīng)用的是二極管環(huán)形調(diào)制器，電路如圖5-9所示。伴隨集成電路的發(fā)展，由線性組件構(gòu)成的平衡調(diào)幅器已經(jīng)被采用，圖是用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)克制載波的實(shí)際電路，它是用MC1596G構(gòu)成。這個(gè)電路的特點(diǎn)是工作頻帶寬，輸出頻率較純，并且省去了變壓器，調(diào)整簡(jiǎn)樸。5-2振幅調(diào)制試驗(yàn)電路1.MC1496N內(nèi)部電路及外部連接2.用1496構(gòu)成的調(diào)幅器試驗(yàn)電路如圖所示，圖中，與上圖相對(duì)應(yīng)之處是：8R08對(duì)應(yīng)于Rt，8R09對(duì)應(yīng)于Rb,8R03,8R10，對(duì)應(yīng)于Rc.此外，8W01，用來(lái)調(diào)整（1），（4）端之間的平衡，8W02用來(lái)調(diào)整（8），（10）端的平衡，8K01開(kāi)關(guān)控制（1）端與否接入直流電壓，當(dāng)8K01置“on”時(shí)，1496的（1）端接入直流電壓，其輸出為正常調(diào)幅波（AM），調(diào)整8W03點(diǎn)位器，可變化調(diào)幅波的調(diào)制度。當(dāng)8K01置“off”時(shí)，其輸出為平衡調(diào)幅波（DSB）。晶體管8Q01為隨極跟隨器，以提高調(diào)制器的帶負(fù)載能力。5-3振幅調(diào)制試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)環(huán)節(jié)一．試驗(yàn)內(nèi)容1.模擬相乘調(diào)幅器的輸入失調(diào)電壓調(diào)整。2.用示波器觀測(cè)正常調(diào)幅波（AM）波形，并測(cè)量調(diào)幅系數(shù)。3.用示波器觀測(cè)平衡調(diào)幅波（克制載波的雙邊帶波形DSB）波形。4.用示波器觀測(cè)調(diào)制信號(hào)為方波，三角波的調(diào)幅波。二．試驗(yàn)環(huán)節(jié)1.試驗(yàn)準(zhǔn)備（1）在試驗(yàn)箱主板上插上集成乘法器幅度調(diào)制電路模塊。接通試驗(yàn)箱上的電源開(kāi)關(guān)，按下模塊上開(kāi)關(guān)8K1此時(shí)電源指示燈點(diǎn)亮。（2）調(diào)制信號(hào)源：采用低頻信號(hào)源中的函數(shù)發(fā)生器，其參數(shù)調(diào)整如下（示波器監(jiān)測(cè)）：頻率范圍：1KHZ波形選擇：正弦波輸出峰—峰值：300MV（3）載波源：采用高頻信號(hào)源：工作頻率：2MHZ用頻率計(jì)測(cè)量（也可采用其他頻率）：輸出幅度（峰—峰值）：200MV，用示波器觀測(cè)。2.輸入失調(diào)電壓的調(diào)整（交流饋通電壓的調(diào)整）集成模擬相乘器在使用之前必須進(jìn)行輸入失調(diào)調(diào)零，也就是要進(jìn)行交流饋通電壓的調(diào)整，其目的是使相乘器調(diào)整為平衡狀態(tài)。因此在調(diào)整前必須將開(kāi)關(guān)8K01置“off”（往下?lián)埽?，以切斷其直流電壓。交流饋通電壓指的是相乘器的一種輸入端加上信號(hào)電壓，而另一種輸入端不加信號(hào)時(shí)的輸出電壓，這個(gè)電壓越小越好。載波輸入端輸入失調(diào)整把調(diào)制信號(hào)源輸出的音頻調(diào)制信號(hào)加到音頻輸入端（8P02），而載波輸入端不加信號(hào)。用示波器監(jiān)測(cè)相乘器輸出端（8TP03）的輸出波形，調(diào)整點(diǎn)位器8W02，使此時(shí)輸出端（8TP03）的輸出信號(hào)（稱為調(diào)制輸入端饋通誤差）最小。（2）調(diào)制輸入端輸入失調(diào)電壓調(diào)整把載波源輸出的載波信號(hào)加到載波輸入端（8P01)，而音頻輸入端不加信號(hào)。用示波器監(jiān)測(cè)相乘器輸出端（8TP03）的輸出波形，調(diào)整電位器8W01使此時(shí)輸出（8TP03）的輸出信號(hào)（稱為載波輸入端饋通誤差）最小。3.DSB（克制載波雙邊帶調(diào)幅）波形觀測(cè)在載波輸入，音頻輸入端已進(jìn)行輸入失調(diào)電壓（對(duì)應(yīng)于8W02,8W01調(diào)整的基礎(chǔ)上），可進(jìn)行DSB測(cè)量。（1）DSB信號(hào)波形觀測(cè)將高頻信號(hào)源輸出的載波接入載波輸入端（8P01）低頻調(diào)制信號(hào)接入音頻輸入端（8P02）。示波器CHI接調(diào)制信號(hào)（可用帶“鉤”的探頭接到8TP02上），示波器CH2接調(diào)幅輸出端（8TP03），即可觀測(cè)到調(diào)制信號(hào)及其對(duì)應(yīng)的DSB信號(hào)波形。其波形如圖5-13所示，假如觀測(cè)到的DSB波形不對(duì)稱，應(yīng)當(dāng)微調(diào)8W01電位器。（2）DSB信號(hào)反向點(diǎn)觀測(cè)為了清晰地觀測(cè)雙邊帶信號(hào)過(guò)零點(diǎn)的反相，必須減少載波的頻率。本試驗(yàn)可將載波頻率減少為100khz（假如是DDS高頻信號(hào)源可直接調(diào)制100KHZ；假如是其他信號(hào)源，需另配100KHZ的函數(shù)發(fā)生器），幅度仍為200MV。調(diào)制信號(hào)仍為1KHZ（幅度300MV）。增大示波器X軸掃描速率，仔細(xì)觀測(cè)調(diào)制信號(hào)過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的DSB信號(hào)，過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻的波形應(yīng)當(dāng)反相，如圖5-14所示。（3）DSB信號(hào)波形與載波波形的相位比較。在試驗(yàn)3（2）的基礎(chǔ)上，將示波器CH1改接8TP01點(diǎn)，把調(diào)制器的輸入載波波形與輸出DSB波形的相位進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)：在調(diào)制信號(hào)正半周期間，兩者相似；再調(diào)制信號(hào)負(fù)半周期，兩者相反。（4）.SSB（單邊帶調(diào)制）波形觀測(cè)單邊帶（SSB）是將克制載波的雙邊帶（DSB）通過(guò)邊帶濾波器除一種邊帶而得到的。本試驗(yàn)運(yùn)用濾波與計(jì)數(shù)鑒頻模塊中的帶通濾波器作為邊帶濾波器，該濾波器的中心頻率114KHZ左右，通頻帶約為12KHZ。為了運(yùn)用該帶通濾波器取出上邊帶而克制下邊帶。雙邊帶（DSB）的載波頻率應(yīng)取110KHZ。詳細(xì)操作措施如下：將載波頻率為110KHZ，幅度300MV的正弦波接入載波輸入端（8P01），將頻率為4KHZ，幅度300MV的正弦波接入音頻輸入端（8P02）。按照DSB的調(diào)試措施得到DSB波形，將調(diào)幅輸出（8P03）連接到濾波與計(jì)數(shù)鑒頻模塊中的帶通濾波器輸入端（15P05）,用示波器測(cè)量帶通濾波器輸出（15P06），即可觀測(cè)到SSB信號(hào)波形。在本試驗(yàn)中，正常的SSB波形應(yīng)為114KHZ的等幅波形，但由于帶通濾波器頻帶較寬，下邊帶不也許完全克制，因此，其輸出波形不完全是等幅波。5.AM（常規(guī)調(diào)幅）波形測(cè)量（1）AM正常波形觀測(cè)在保持輸入失調(diào)電壓調(diào)整的基礎(chǔ)上，將開(kāi)關(guān)8K01置“ON”（往上撥），即轉(zhuǎn)為正常調(diào)幅狀態(tài)。載波頻率仍設(shè)置為2MHZ（幅度200MV），調(diào)制信號(hào)頻率1KHZ（幅度300MV）。示波器CH1接8TP02,CH2接8TP03,即可觀測(cè)到正常的AM波形，如圖所示。調(diào)整電位器8W03，可以變化調(diào)幅波的調(diào)制度。在觀測(cè)輸出波形時(shí)，變化音頻調(diào)制信號(hào)的頻率及幅度，輸出波形應(yīng)隨之變化。下圖為用示波器測(cè)出的正常調(diào)幅波波形：（2）不對(duì)稱調(diào)制度的AM波形觀測(cè)在AM正常波形調(diào)整的基礎(chǔ)上，變化8W02，可觀測(cè)到調(diào)制度不對(duì)稱的情形。最終仍調(diào)到制度對(duì)稱的情形。下圖為用示波器測(cè)出的不對(duì)稱調(diào)幅波波形：（3）過(guò)調(diào)制時(shí)的AM波形觀測(cè)